Μελέτη της αντοχής του μεταλλοκεραμικού δεσμού επί χυτών τιτανίου κάτω από διαφορετικές συνθήκες χύτευσης

Abstract

Among the problems which were erupted from the use of titanium as a cast material for the construction of the frameworks in Prosthetic Dentistry is the incompatibility of the coefficient of thermal expansion between titanium and the feldspathic porcelains and the reduced firing point (882,5°C) in which metal-ceramic bonding is obtained when titanium is involved. The new porcelains, which were introduced to solve these problems, known as titanium porcelains, had to face and the problem of contamination of the outermost zone of the titanium cast from elements coming from the investments materials based on silicon dioxide (SiO2) and which seems to have a negative effect on the metal-ceramic bonding strength. Due to the mentioned unsolved problems research was target to improve the metal-ceramic strength by deleting contamination of titanium castings. In the present study a research work has been done on purpose to contribute in aforementioned target examine the metal-ceramic bonding strength of cast cpTi and three commercial dental porcelains for titanium, under different cast conditions. These conditions concern the quantity and the quality of the metal-ceramic strength between samples, which were protected from the contamination of elements of the phosphate, bonded investment with an inert ceramic coating. These samples were not ground but only were sandblasted. The comparison was done with titanium castings produced in a special magnesium investment material and were treated under the normal conditions, which are suggested from the manufacturers.144 plastic patterns were produced of size little oversized of that of the dimensions of ISO 9693. The patterns were divided equally in two groups, group A and group B. The patterns of group B were invested with magnesia investment. The patterns of group A were coated with a ceramic coating and were invested with a phosphate bonded investment material. The coating was composed of 50% stabilized ZrO2 with Y2O3 and 50% MgO and was selected between three coating containing the same stuff in different proportions with main criteria the protection of the cast from elements of the phosphate investment and its rheological properties. The effectiveness of the selected coating was determined by Line Scan and EDS procedures in a Scanning Electron Microscopy (SEM). The cast samples of group B were treated according to the manufacturers instructions. The cast samples of the group A were treated only with sandblasting. After sandblasting a mapping examination in a selected sample of each group was made for detection of Al and Zr from the sandblasting procedure and the coating, respectively.30 solid cast samples were selected for every group after x-ray examination. The precise dimensions were obtained according the ISO 9693 and every one of the three selected porcelains was applied on the treated cast samples according the ISO. All samples were tested in a three-point test and the broken surfaces were examined in an optical microscope to determine the mode of failure. Representative surfaces were analyzed in SEM to determine qualitative and quantitative the broken surfaces. The fracture values of group A and B were lightly over the down limit of the value, which is determined from the ISO (25 MPa) without any statistical significant difference among the tested groups.All types of failure were of adhesive type with minor elements of porcelain on the cast surface. Conclusively the protection of cast from elements of the phosphate investment using a ceramic coating and the elimination of the grinding procedure of the casting, it does not seem to verify the initial hypothesis that it could be beneficial for the enhancing of the metal-ceramic bonding.

Η χρήση του τιτανίου για την κατασκευή των σκελετών των προσθετικών εργασιών ανέδειξε και ένα σύνολο προβλημάτων που η χύτευση του δημιούργησε. Ιδιαίτερα στις μεταλλοκεραμικές κατασκευές η ασυμβατότητα του συντελεστή θερμικής διαστολής μεταξύ του τιτανίου και των κλασσικών πορσελανών αστρίου αφ’ ενός και αφ’ ετέρου ο περιορισμός όπτησης της πορσελάνης μέχρι το σημείο μετάπτωσης από την φάση α στη φάση β (882,5ºC)του τιτανίου, οδήγησαν στην κατασκευή των πορσελανών εξαιρετικά χαμηλού σημείου τήξης για το τιτάνιο ή πορσελανών τιτανίου. Εάν στα προβλήματα αυτά προστεθεί και το γεγονός της επιφανειακής επιμόλυνσης του τιτανίου από τη χρήση των κλασσικών πυροχωμάτων με βάση το διοξείδιο του πυριτίου και η επίδραση της μόλυνσης αυτής στην ποιότητα και αντοχή του μεταλλοκεραμικού δεσμού, γίνεται κατανοητό ότι ένα μεγάλο κομμάτι της έρευνας στράφηκε προς την κατεύθυνση αυτή.Η παρούσα ερευνητική εργασία είχε σαν σκοπό να συμβάλλει προς την κατεύθυνση αυτή διερευνώντας την αντοχή του μεταλλοκεραμικού δεσμού μεταξύ χυτών από εμπορικά καθαρό τιτάνιο και τρία εμπορικά σκευάσματα πορσελανών για τιτάνιο κάτω από διαφορετικές συνθήκες χύτευσης. Οι συνθήκες αυτές αφορούσαν την καταγραφή της αντοχής και της ποιότητας του μεταλλοκεραμικού δεσμού μεταξύ χυτών τιτανίου τα προπλάσματων των οποίων προστατεύτηκαν με επιλεγμένη αδρανή κεραμική επικάλυψη από τη χρήση πυροχώματος φωσφορικού τύπου και την από-φυγή οποιασδήποτε επεξεργασίας μετά την αμμοβόληση των λαμβανομένων χυτών και τη σύγκριση τους με τις αντοχές του μεταλλοκεραμικού δεσμού από χυτά τιτανίου τα οποία προέκυψαν μετά από χύτευση σε ειδικό πυρόχωμα μαγνησίας και την διαδικασία επεξεργασίας η οποία καθιερωμένα ακολουθείται και με βάση και τις οδηγίες των κατασκευαστών.Κατασκευάστηκαν 144 πλαστικά παραλληλεπίπεδα προπλάσματα με διαστάσεις ελαφρώς μεγαλύτερες από αυτές που ορίζει το ISO 9693. Τα προπλάσματα χωρίστηκαν σε δύο ίσες ομάδες, την ομάδα Α και την ομάδα. Β. Τα προπλάσματα της ομάδας Β, επενδύθηκαν με πυρόχωμα μαγνησίας. Τα προπλάσματα της ομάδας Α, επικαλύφθηκαν με κεραμική προστατευτική επικάλυψη και επενδύθηκαν με φωσφορικού τύπου πυρόχωμα. Η επικάλυψη αποτελείτο κατά 50% από ζιρκονία σταθεροποιημένη με ύττρια και κατά 50% από μαγνησία και επελέγη μεταξύ τριών επικαλύψεων με διαφορετικές αναλογίες των ιδίων συστατικών, μετά από έλεγχο της αποτελεσματικότητας της προστασίας από στοιχεία του φωσφορικού πυροχώματος και των ρεολογικών τους ιδιοτήτων. Η αποτελεσματικότητα της επιλεγμένης επικάλυψης διαπιστώθηκε με τις τεχνικές Line Scan και EDS σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Τα χυτά της ομάδας Β υπέστησαν την επιφανειακή κατεργασία που ορίζουν οι κατασκευαστές για την δημιουργία των μεταλλοκεραμικών αποκαταστάσεων. Τα χυτά της ομάδας Α, υπέστησαν επιφανειακή επεξεργασία μόνο με αμμοβολή. Μετά την αμμοβολή, στην επιφάνεια ενός χυτού από κάθε ομάδα έγινε τοπογραφική στοιχειακή ανάλυση (mapping) στο SEM για να διαπιστωθεί εάν παρέμεινε αλουμίνα από την αμμοβολή και ζιρκονία από το επικαλυπτικό υλικό. Μετά από ακτινογραφικό έλεγχο επελέγησαν 30 άρτια και συμπαγή χυτά από κάθε ομάδα. Στα χυτά αποδόθηκαν με ακρίβεια οι διαστάσεις που ορίζει το ISO 9693 και ανά 10 τοποθετήθηκε μία από τις τρεις επιλεγμένες πορσελάνες σύμφωνα με την προδιαγραφή. Τα δοκίμια υπέστησαν δοκιμασία κάμψης τριών σημείων και οι θραυσμένες επιφάνειες ελέγχθηκαν σε μικρή μεγέθυνση σε οπτικό μικροσκόπιο προκειμένου να καθοριστεί ο τρόπος θραύσης. Αντιπροσωπευτικές επιφάνειες ελέγχθηκαν σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης προκειμένου να γίνει ποιοτικός στοιχειακός προσδιορισμός τους. Οι τιμές θραύσης των δοκιμίων τόσο της ομάδας Α όσο και της ομάδας Β κυμάνθηκαν σε τιμές λίγο πάνω από τα κατώτερα επιτρεπτά όρια αντοχής που ορίζει η προδιαγραφή 9693 (25MPa) χωρίς στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των εξεταζομένων ομάδων και πορσελανών. Όλοι οι τύποι θραύσης ανεξάρτητα της ομάδας ή της πορσελάνης ήταν συγκολλητικού τύπου με ελάχιστα στοιχεία πορσελάνης να έχουν παραμείνει επάνω στην επιφάνεια του χυτού.Συμπερασματικά η προστασία των χυτών από τη μόλυνση από στοιχεία του φωσφορικού πυροχώματος με τη χρησιμοποίηση προστατευτικής κεραμικής επικάλυψης στο πρόπλασμα και η εξάλειψη του σταδίου του εκτροχισμού της επιφάνειας του χυτού από την καθημερινή εργαστηριακή πρακτική δεν φαίνεται να επιβεβαιώνει την αρχική υπόθεση ότι θα είχε και ευεργετικά αποτελέσματα στην αντοχή του μεταλλοκεραμικού δεσμού.